ناهنجاری گالیوم، در محک خورشید
گالیوم-71 می‌تواند یک نوترینوی الکترونی را ببلعد و با بیرون انداختن یک الکترون به ژرمانیوم-71 تبدیل شود. چند اتم ژرمانیومِ ساخته‌شده در گالیوم را جمع کنید و بشمارید؛ شار نوترینو را اندازه گرفته‌اید. آشکارسازهای SAGE و Gallex/GNO این‌گونه خورشید را رصد می‌کردند.
فیزیک‌دانان برای وارسی این آشکارسازها، آن‌ها را در معرض چشمه‌های مصنوعی نوترینو هم قرار دادند — نمونه‌های بسیار پرتوزای کروم-51 و آرگون-37. شمار ژرمانیوم کم درآمد. آزمایش‌های نخستین به این موضوع اشاره کردند بی‌آنکه پرسش را فیصله دهند. سپس آزمایش BEST، با یک چشمهٔ کروم-51 به قدرت 3.5 مگاکوری درون دو ناحیهٔ تودرتو از فلز گالیوم مایع، آن را تأیید کرد.
بیست درصد گمشده
BEST به‌عنوان آزمایش نوسان کوتاه‌برد طراحی شده بود تا بیازماید آیا نوترینوهای سترون (sterile neutrinos) آمیخته با نوترینوهای الکترونی معمولی می‌توانند این کسری را توضیح دهند. آهنگ‌های شکار هیچ وابستگی‌ای به فاصله نشان ندادند. شش اندازه‌گیری چشمه‌ای روی‌هم — 0.97، 0.81، 0.97، 0.83، 0.81 و 0.78 برابر آهنگ مورد انتظار — آهنگ پایین را با بیش از 4 سیگما تأیید می‌کنند، با نسبت ترکیبی 0.817. این همان ناهنجاری گالیوم است.
آهنگ مورد انتظار بر یک سطح مقطع (cross-section) تکیه دارد، یعنی احتمال اینکه گالیوم نوترینویی را شکار کند. این سطح مقطع از واکنش وارون به دست می‌آید: واپاشی پرتوزای ژرمانیوم-71 با گیراندازی الکترون، که نیمه‌عمر (11.465 روز) و انرژی‌اش دقیقاً معلوم است. یکی از گام‌های این استخراج، الکترون و هسته را جداگانه در نظر می‌گیرد — «فاکتورگیری» (factorization). در 2026، کادِدو (Cadeddu) و همکارانش در Physical Review Letters استدلال کردند که این گام ممکن است نادرست باشد و سطح مقطع واقعی را 20٪ کمتر کند. استیون الیوت (Steven Elliott) از آزمایشگاه ملی لوس آلاموس و همیش رابرتسون (Hamish Robertson) از دانشگاه واشینگتن تردید دارند: فاکتورگیری اندازه‌گیری‌ها را در بسیاری از هسته‌ها تا حدود 1٪ بازتولید می‌کند، با یک استثنای شناخته‌شده، سدیم-22، در حدود 10٪. «بنابراین فروپاشی فاکتورگیری در سطح 20٪ بسیار شگفت‌آور خواهد بود.»
چشمه‌ای که هیچ‌کس نساخت
پس آن‌ها از چشمه‌ای نوترینویی استفاده کردند که مستقل از گالیوم واسنجی می‌شود: خورشید. خروجی نوترینوی خورشید اکنون روی زمین از راه واکنش‌های بنیادی مدل استاندارد اندازه‌گیری می‌شود — نوترینوهایی که در آشکارساز Borexino به الکترون‌ها برخورد می‌کنند و بازمی‌جهند، و نوترینوهایی که در SNO هسته‌های دوتریوم را می‌شکنند. هیچ‌یک از این‌ها به سطح مقطع گالیوم وابسته نیست.
نویسندگان پنج چشمهٔ خورشیدی را ترکیب می‌کنند: زنجیرهٔ اصلی پروتون–پروتون (pp)، به‌علاوهٔ pep، بریلیوم-7، چرخهٔ CNO و بور-8. Borexino شارهای بریلیوم-7، pep و CNO را فراهم می‌کند و SNO شار بور-8 را. شار pp از درخشندگی خورشید به دست می‌آید: هر هستهٔ هلیومِ ساخته‌شده دو نوترینو و 26.731 مگاالکترون‌ولت آزاد می‌کند و حدود 2٪ از این انرژی به صورت نوترینو خارج می‌شود. نوترینوها در راه طعم (flavour) عوض می‌کنند؛ احتمال اینکه یک نوترینو هنوز به صورت نوترینوی الکترونی برسد با پارامترهای آمیختگی Daya Bay و JUNO و نمایهٔ چگالی یک مدل خورشیدی محاسبه می‌شود — تنها وابستگی باقی‌مانده به مدل‌های خورشیدی. سطح مقطع‌های گالیوم از ارزیابی تازه‌ای از هاکستون (Haxton) و رول (Rule) می‌آیند.
شصت‌وهفت از شصت‌وهفت
پیش‌بینی برای یک آشکارساز گالیومی، در یکای نوترینوی خورشیدی (شکار به ازای هر 10³⁶ اتم هدف در ثانیه):
- نوترینوهای pp: 40.00
- بریلیوم-7: 18.75
- بور-8: 4.17
- CNO: 3.00
- pep: 1.55
- مجموع: 67.5 (+1.4 / −1.1)
SAGE و Gallex/GNO روی‌هم 66.1 ± 3.1 اندازه گرفتند. نسبت 0.980 (+0.050 / −0.049) است.
نسبت آهنگ‌های شکار اندازه‌گیری‌شده به مورد انتظار: شش آزمایش چشمه‌ای (سیاه) و آزمون خورشیدی این پژوهش (قرمز). نوار آبی نتیجهٔ ترکیبی چشمه‌هاست. — شکل 3، Elliott و Robertson (2026)، arXiv:2610.22219.
بیش از 90٪ این آهنگ پیش‌بینی‌شده بر سطح مقطع‌هایی تکیه دارد که از واپاشی ژرمانیوم و «توازن جزئی» (detailed balance) میان یک واکنش و وارونش گرفته شده‌اند — درست همان بخشی که کادِدو و همکارانش زیر سؤال بردند. وقتی چشمه خورشید باشد، ناهنجاری‌ای در کار نیست.
جای دیگری
دو مظنون یک‌جا تبرئه می‌شوند. سطح مقطع گالیوم، از جمله فاکتورگیری، هیچ نشانه‌ای از خطا نشان نمی‌دهد. و بازده استخراج و شمارش اتم‌های ژرمانیوم در SAGE، Gallex و اجراهای خورشیدی BEST درست از آب درمی‌آید؛ از آنجا که روش‌ها در آزمایش‌های چشمه‌ای مشابه‌اند، آن‌ها هم احتمالاً دقیق‌اند.
خود ناهنجاری پابرجاست. مقاله توضیح جایگزینی ارائه نمی‌دهد و با یک جمله پایان می‌یابد: «منشأ ناهنجاری گالیوم آشکارا جای دیگری است.» یک نکته برای بافتار: هر دو نویسنده از امضاکنندگان مقاله‌های BEST هم هستند که در وهلهٔ نخست ناهنجاری را تأیید کردند.